Расчет предварительно напряженных структурных плит
4.24. Расчет предварительно напряженных структурных плит принципиально не отличается от расчета ненапряженных плит. Влияние предварительного напряжения заменяется соответствующими силами и конструкция рассчитывается как ненапряженная по имеющимся программам расчета на ЭВМ.
Эти силы включают в себя усилия предварительного напряжения, потерь предварительного напряжения и самонапряжения в процессе нагружения. Определение усилий самонапряжения осуществляется расчетом конструкции методом сил, при этом за основную систему принимается ненапряженная конструкция, которая рассчитывается на действие внешней нагрузки и единичных сил с помощью существующих программ расчета на ЭВМ.
При расчете предварительно напряженных структурных плит рекомендуется учитывать наиболее неблагоприятные комбинации внешних нагрузок и других воздействий для характерных состояний, возникающих в процессе изготовления, транспортирования и монтажа конструкции с учетом выполнения предварительного напряжения.
Оптимальные решения рекомендуется находить либо вариантным проектированием, либо с использованием методов линейного программирования [6, 7, 8, 9].
Расчет структур, напряженных затяжками
4.25. Применение предварительного напряжения с помощью затяжек позволяет увеличить перекрываемый пролет, выровнять усилия в элементах и снизить расход металла на конструкцию (см. п. 1.25).
Выбор конструктивных схем структурных плит с затяжками и сил предварительного напряжения рекомендуется осуществлять с учетом максимального эффекта от предварительного напряжения.
Задача отыскания оптимальной по расходу материалов структурной плиты с затяжками при заданной конфигурации сводится к следующим двум этапам:
1) нахождению усилий в затяжках, при которых расход материалов на конструкцию будет минимальным;
2) выбору материала затяжек сечении и сил предварительного напряжения, при которых будет обеспечиваться условие неразрывности деформаций при заданных усилиях в затяжках.
4.26. Определение усилий самонапряжения затяжек рекомендуется осуществлять методом сил. Для структуры, имеющей n затяжек, система канонических уравнений метода сил записывается в форме
|
(4.41) |
где δij, δiF - перемещения в структурной плите по направлению i-той затяжки соответственно от j-той единичной силы и внешней нагрузки; li, Ei, Ai - соответственно длина, модуль упругости материала и сечение i-той затяжки; Xi - усилие самонапряжения в i-той затяжке.
4.27. Расчетное усилие в затяжке от предварительного напряжения равно
Pi = Ni - Xi,
где Ni - расчетное усилие в i-той затяжке, Xi - усилие в затяжке от самонапряжения под действием расчетной нагрузки за вычетом нормативной нагрузки при монтаже.
4.28. Величина контролируемого усилия в затяжке в процессе предварительного напряжения определяется в соответствии с «Инструкцией по проектированию предварительно напряженных стальных конструкций» [10].
Под контролируемым усилием понимается усилие предварительного напряжения, определяемое по приборам или каким-либо другим способом в процессе натяжения затяжки.
С учетом потерь напряжения вследствие релаксации материала затяжки и податливости анкеров величина контролируемого усилия определяется по формуле
|
(4.42) |
где 0,95 - коэффициент релаксации, который принимается только для затяжек из пучков высокопрочной проволоки и стальных тросов; ∆i - суммарная величина податливости анкеров, принимаемая равной: а) при применении анкеров в виде плотно завинчиваемых гаек или клиновидных пробок - 0,1 см; б) при применении анкеров с прокладками - 0,2 см.
4.29. В структурных плитах из-за большой гибкости сжатых стержней часто нельзя дать значительное однократное предварительное напряжение, поэтому рекомендуется многоступенчатое предварительное напряжение. Оно возможно при следующих условиях:
большие постоянные нагрузки, которые могут быть переданы на структуру по частям;
стержни структуры приблизительно одинаково сопротивляются растяжению и сжатию;
конструктивная схема и способы крепления затяжек позволяют осуществить многоступенчатое предварительное напряжение.